一种两相空气为介质的卡诺电池储能系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种两相空气为介质的卡诺电池储能系统及其运行方法，涉及卡诺电池储能和液态空气储能技术领域；该系统包括储热系统和释热系统；当用电低谷时，利用储热系统将多余的电能转化为高温热能和低温冷能进行存储；当用电高峰时，利用释热系统将存储的高温热能和低温冷能转化为电能，以满足电负荷的需求。该系统通过高温固体的储热和低温液态空气的储冷，可充分扩展温度区间，提高系统循环效率的同时保证较高的储能密度，是一种非常有潜力的热储能技术，可为平抑电网和用户负荷波动、促进新能源消纳，为构建新型电力系统提供有力支撑。支撑。支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种两相空气为介质的卡诺电池储能系统及其运行方法


[0001]本专利技术涉及热储能
，具体涉及一种两相空气为介质的卡诺电池储能系统及其运行方法。

技术介绍

[0002]“风能、太阳能等可再生能源发电大都具备间歇性和波动性，大规模并网给电力系统安全稳定带来巨大冲击。如何在变负荷过程中实现高效与灵活的协同是我国电力行业发展亟待解决的关键核心问题。热储能技术的应用可以解决这一核心问题，卡诺电池储能技术分别采用热泵循环、热机循环实现电能增值制热和热电转化，是极具潜力的高效大规模热储能技术。液态空气储能具有大规模长时储能、清洁低碳、安全、长寿命和不受地理条件限制等突出优点，其应用场景广泛，尤其是在可再生能源消纳、电网调峰调频、黑启动、分布式能源、微网和综合能源服务等领域具有特别优势。将两种储能技术相结合，可以在变负荷过程中实现高效与灵活协同。然而，目前缺乏两种储能耦合系统构成的设计及运行方法。

技术实现思路

[0003]为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种两相空气为介质的卡诺电池储能系统及其运行方法，该卡诺电池储能系统储能密度高，可拓展变温区间，且经济性高，是一种高效的储能技术。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种两相空气为介质的卡诺电池储能系统，其包括储热系统和释热系统；其中，
[0006]所述储热系统包括压缩机1、熔盐
‑
空气换热器2、熔盐储罐3、空气喷射器系统4、第一阀门17、第二阀门18、多级充电压缩机5、固体储罐6、充电膨胀机7、空气
‑
空气换热器9、液体膨胀机10、液态空气储罐11和储热熔盐泵20；常温常压的空气进入压缩机1产生高温高压的空气，高温高压的空气进入熔盐
‑
空气换热器2将热量传递给熔盐储罐3中的熔盐，熔盐
‑
空气换热器2出口的高压低温空气一部分通过第一阀门17与常温常压的空气在空气喷射器系统4中混合，蒸汽喷射器系统4出口的中压低温空气进入多级充电压缩机5中压缩，多级充电压缩机5产生的高温高压空气进入固体储罐6将热量传递给固体储热介质，固体储罐6出口的高压低温的空气在充电膨胀机7膨胀做功，充电膨胀机7出口的低压低温空气流过空气
‑
空气换热器9吸收热量后进入多级充电压缩机5，重复此过程；熔盐
‑
空气换热器2出口的另一部分高压低温的空气经过空气
‑
空气换热器9产生高压低温的液态空气，液态空气在液体膨胀机10中膨胀做功，液体膨胀机10出口的低温低压的液态空气储存在液态空气储罐11中，重复此过程；同时，从熔盐储罐3出来的低温熔盐经过储热熔盐泵20后进入熔盐
‑
空气换热器2，熔盐
‑
空气换热器2出口的高温熔盐回到熔盐储罐3；
[0007]所述释热系统包括放电压缩机13、固体储罐6、多级放电膨胀机14、空气
‑
空气换热器9、辅助换热器15、发电机8、液态空气储罐11、液态空气泵12、熔盐
‑
空气换热器2、熔盐储罐3、膨胀机16和释热熔盐泵19；低温低压的空气流经放电压缩机13产生中温高压的空气，
中温高压的空气进入固体储罐6吸收固体储热介质存储的热量产生高温高压的空气，随后高温高压的空气在多级放电膨胀机14中膨胀做功，进而将产生的机械能在发电机8中转化为电能，向外输出，多级放电膨胀机14出口的中温低压空气经过空气
‑
空气换热器9产生较低温度低压的空气，之后较低温度低压的空气经过辅助换热器15产生低温低压空气，重复此过程；液态空气储罐11中的液态空气经过液态空气泵12升压产生低温高压的液态空气，之后低温高压的液态空气流经空气
‑
空气换热器9中吸收热量产生中温高压的空气，随后中温高压的空气流经熔盐
‑
空气换热器2中吸收熔盐储罐3中的热量产生高温高压的空气，高温高压的空气在膨胀机16中膨胀做功，向外输出电能，重复此过程；从熔盐储罐3出来的高温熔盐经过释热熔盐泵19后进入熔盐
‑
空气换热器2，熔盐
‑
空气换热器2出口的低温熔盐回到熔盐储罐3。
[0008]进一步地，储热系统和释热系统采用的循环工质为空气，循环最高工作温度600℃、最低工作温度为
‑
170℃。
[0009]进一步地，熔盐储罐3采用三元熔融盐即质量百分比20％的LiNO3、28％的NaNO3和52％的KNO3作为储热介质，运行温度区间为130～600℃；固体储罐6采用四氧化三铁作为储热介质，运行温度区间为200～700℃。
[0010]进一步地，多级充电压缩机5和充电膨胀机7同轴相连；放电压缩机13、多级放电膨胀机14、发电机8同轴相连。
[0011]进一步地，空气喷射器系统4包括相连接的一个空气喷射器和一个压力储罐，其中空气喷射器的引射比为3.0；压力储罐压力到2.5MPa。
[0012]进一步地，储热过程中的多级充电压缩机5至少由四级压缩机组成，采用离心式压缩机，出入口的综合压比达7.5；释热过程中的多级放电膨胀机14至少由三级膨胀机组成，采用轴流式膨胀机，进出口膨胀比达5.6。
[0013]进一步地，熔盐
‑
空气换热器2和空气
‑
空气换热器9均采用管壳式换热器。
[0014]进一步地，储热过程中的液体膨胀机10采用螺旋式液体膨胀机，进出口综合膨胀比达6.7。
[0015]所述的两相空气为介质的卡诺电池储能系统的运行方法，
[0016]1)当处于用电低谷时，利用储能系统将多余的电能转化为热能进行存储：具体地，外界输入电能到压缩机1，将常温常压的空气加压升温到高温高压，高温高压的空气在熔盐
‑
空气换热器2中将高温热能传递给熔盐储罐3，熔盐
‑
空气换热器2出口的一部分的高压低温的空气经过空气
‑
空气换热器9产生高压低温的液态空气，液态空气在液体膨胀机10中膨胀做功，产生低温低压的液态空气储存在液态空气储罐11中，实现了电能到低温冷能的存储过程；外界输入电能给多级充电压缩机5，将中压低温的空气升温升压至高温高压，高温高压的空气进入固体储罐6将热量传递给固体储热介质，固体储罐6出口的高压低温的空气在充电膨胀机7膨胀，实现了电能到高温热能的存储过程；
[0017]2)当处于用电高峰时，利用释能系统将存储的热能转化为电能，以满足电负荷的需求：具体地，液态空气储罐11中的液态空气经过液态空气泵12升压产生低温高压的液态空气，低温高压的液态空气流经空气
‑
空气换热器9中吸收热量产生中温高压的空气，中温高压的空气随后流经熔盐
‑
空气换热器2中吸收熔盐储罐3中的熔盐储热介质的热量产生高温高压的空气，最后在膨胀机16中膨胀做功，向外输出电能，完成低温热能到电能的转化并
向外输出；低温低压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两相空气为介质的卡诺电池储能系统，其特征在于，所述的卡诺电池储能系统包括储热系统和释热系统；其中，所述储热系统包括压缩机(1)、熔盐
‑
空气换热器(2)、熔盐储罐(3)、空气喷射器系统(4)、第一阀门(17)、第二阀门(18)、多级充电压缩机(5)、固体储罐(6)、充电膨胀机(7)、空气
‑
空气换热器(9)、液体膨胀机(10)、液态空气储罐(11)和储热熔盐泵(20)；常温常压的空气进入压缩机(1)产生高温高压的空气，高温高压的空气进入熔盐
‑
空气换热器(2)将热量传递给熔盐储罐(3)中的熔盐，熔盐
‑
空气换热器(2)出口的高压低温空气一部分通过第一阀门(17)与常温常压的空气在空气喷射器系统(4)中混合，蒸汽喷射器系统(4)出口的中压低温空气进入多级充电压缩机(5)中压缩，多级充电压缩机(5)产生的高温高压空气进入固体储罐(6)将热量传递给固体储热介质，固体储罐(6)出口的高压低温的空气在充电膨胀机(7)膨胀做功，充电膨胀机(7)出口的低压低温空气流过空气
‑
空气换热器(9)吸收热量后进入多级充电压缩机(5)，重复此过程；熔盐
‑
空气换热器(2)出口的另一部分高压低温的空气经过空气
‑
空气换热器(9)产生高压低温的液态空气，液态空气在液体膨胀机(10)中膨胀做功，液体膨胀机(10)出口的低温低压的液态空气储存在液态空气储罐(11)中，重复此过程；同时，从熔盐储罐(3)出来的低温熔盐经过储热熔盐泵(20)后进入熔盐
‑
空气换热器(2)，熔盐
‑
空气换热器(2)出口的高温熔盐回到熔盐储罐(3)；所述释热系统包括放电压缩机(13)、固体储罐(6)、多级放电膨胀机(14)、空气
‑
空气换热器(9)、辅助换热器(15)、发电机(8)、液态空气储罐(11)、液态空气泵(12)、熔盐
‑
空气换热器(2)、熔盐储罐(3)、膨胀机(16)和释热熔盐泵(19)；低温低压的空气流经放电压缩机(13)产生中温高压的空气，中温高压的空气进入固体储罐(6)吸收固体储热介质存储的热量产生高温高压的空气，随后高温高压的空气在多级放电膨胀机(14)中膨胀做功，进而将产生的机械能在发电机(8)中转化为电能，向外输出，多级放电膨胀机(14)出口的中温低压空气经过空气
‑
空气换热器(9)产生较低温度低压的空气，之后较低温度低压的空气经过辅助换热器(15)产生低温低压空气，重复此过程；液态空气储罐(11)中的液态空气经过液态空气泵(12)升压产生低温高压的液态空气，之后低温高压的液态空气流经空气
‑
空气换热器(9)中吸收热量产生中温高压的空气，随后中温高压的空气流经熔盐
‑
空气换热器(2)中吸收熔盐储罐(3)中的热量产生高温高压的空气，高温高压的空气在膨胀机(16)中膨胀做功，向外输出电能，重复此过程；从熔盐储罐(3)出来的高温熔盐经过释热熔盐泵(19)后进入熔盐
‑
空气换热器(2)，熔盐
‑
空气换热器(2)出口的低温熔盐回到熔盐储罐(3)。2.根据权利要求1所述的两相空气为介质的卡诺电池储能系统，其特征在于：储热系统和释热系统采用的循环工质为空气，循环最高工作温度600℃、最低工作温度为
‑
170℃。3.根据权利要求1所述的两相空气为介质的卡诺电池储能系统，其特征在于：熔盐储罐(3)采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永亮，郑则刚，杨明锐，刘明，严俊杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：